کاربرد و پیشرفت تحقیق پوشش SiC در مواد میدان حرارتی کربن/کربن برای سیلیکون 2 تک کریستالی

1 کاربرد و پیشرفت تحقیق پوشش کاربید سیلیکون در مواد میدان حرارتی کربن/کربن

1.1 پیشرفت کاربرد و تحقیقات در آماده سازی بوته

در میدان حرارتی تک کریستال،بوته کربن/کربنعمدتا به عنوان ظرف حمل مواد سیلیکونی استفاده می شود و در تماس بابوته کوارتزهمانطور که در شکل 2 نشان داده شده است. دمای کار بوته کربن/کربن حدود 1450 درجه سانتیگراد است که در معرض فرسایش مضاعف سیلیکون جامد (دی اکسید سیلیکون) و بخار سیلیکون قرار می گیرد و در نهایت بوته نازک می شود یا دارای ترک حلقه ای می شود. ، منجر به از کار افتادن بوته.

یک بوته کامپوزیت کربن/کربن پوشش کامپوزیت با فرآیند نفوذ شیمیایی بخار و واکنش درجا تهیه شد. پوشش کامپوزیت از پوشش کاربید سیلیکون (100~300μm)، پوشش سیلیکون (10~20μm) و پوشش نیترید سیلیکون (50~100μm) تشکیل شده بود که می تواند به طور موثری از خوردگی بخار سیلیکون در سطح داخلی کامپوزیت کربن / کربن جلوگیری کند. بوته در فرآیند تولید، اتلاف بوته کامپوزیت کربن/کربن پوشش داده شده کامپوزیت 0.04 میلی متر در هر کوره است و عمر مفید آن می تواند به 180 بار کوره برسد.

محققان از یک روش واکنش شیمیایی برای تولید یک پوشش یکنواخت کاربید سیلیکون بر روی سطح بوته کامپوزیت کربن/کربن تحت شرایط دمایی خاص و حفاظت از گاز حامل استفاده کردند، با استفاده از دی اکسید سیلیکون و فلز سیلیکون به عنوان مواد خام در تف جوشی در دمای بالا. کوره نتایج نشان می‌دهد که عملیات حرارتی بالا نه تنها خلوص و استحکام پوشش سیسی را بهبود می‌بخشد، بلکه مقاومت سایشی سطح کامپوزیت کربن/کربن را نیز تا حد زیادی بهبود می‌بخشد و از خوردگی سطح بوته توسط بخار SiO جلوگیری می‌کند. و اتم های اکسیژن فرار در کوره سیلیکون مونوکریستال. عمر مفید بوته در مقایسه با بوته بدون پوشش سیک 20 درصد افزایش یافته است.

1.2 پیشرفت کاربرد و تحقیق در لوله هدایت جریان

سیلندر راهنما در بالای بوته قرار دارد (همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است). در فرآیند کشیدن کریستال، تفاوت دما بین داخل و خارج میدان زیاد است، به ویژه سطح پایین به مواد سیلیکون مذاب نزدیک‌ترین است، دما بالاترین است و خوردگی توسط بخار سیلیکون جدی‌ترین است.

محققان یک فرآیند ساده و مقاومت در برابر اکسیداسیون خوب پوشش ضد اکسیداسیون لوله راهنما و روش آماده سازی را اختراع کردند. ابتدا یک لایه سبیل کاربید سیلیکون در محل روی ماتریس لوله راهنما رشد داده شد و سپس یک لایه بیرونی کاربید سیلیکون متراکم تهیه شد، به طوری که یک لایه انتقال SiCw بین ماتریس و لایه سطحی کاربید سیلیکون متراکم تشکیل شد. همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. ضریب انبساط حرارتی بین ماتریس و کاربید سیلیکون بود. این می تواند به طور موثر تنش حرارتی ناشی از عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی را کاهش دهد.

تجزیه و تحلیل نشان می دهد که با افزایش محتوای SiCw، اندازه و تعداد ترک در پوشش کاهش می یابد. پس از اکسیداسیون 10 ساعت در هوای 1100 ℃، میزان کاهش وزن نمونه پوشش تنها 0.87٪ تا 8.87٪ است و مقاومت در برابر اکسیداسیون و مقاومت شوک حرارتی پوشش کاربید سیلیکون تا حد زیادی بهبود می یابد. کل فرآیند آماده سازی به طور مداوم با رسوب بخار شیمیایی تکمیل می شود، تهیه پوشش کاربید سیلیکون بسیار ساده شده است و عملکرد جامع کل نازل تقویت می شود.

محققان روشی برای تقویت ماتریس و پوشش سطح لوله راهنمای گرافیت برای سیلیسیم تک کریستال czohr پیشنهاد کردند. دوغاب سیلیکون کاربید به دست آمده به طور یکنواخت بر روی سطح لوله راهنمای گرافیت با ضخامت پوشش 30 تا 50 میکرومتر به روش پوشش برس یا پوشش اسپری پوشانده شد و سپس برای واکنش درجا، دمای واکنش در یک کوره با دمای بالا قرار گرفت. 1850 ~ 2300 ℃ بود و حفظ حرارت 2 ~ 6 ساعت بود. لایه بیرونی SiC را می توان در یک کوره رشد تک کریستال 24 اینچی (60.96 سانتی متر) استفاده کرد و دمای استفاده 1500 درجه سانتیگراد است و مشخص شد که پس از 1500 ساعت هیچ ترک خوردگی و ریزش پودر روی سطح سیلندر راهنمای گرافیت وجود ندارد. .

1.3 پیشرفت کاربرد و تحقیقات در سیلندر عایق

به عنوان یکی از اجزای کلیدی سیستم میدان حرارتی سیلیکون تک کریستالی، سیلندر عایق عمدتاً برای کاهش اتلاف گرما و کنترل گرادیان دمای محیط میدان حرارتی استفاده می‌شود. خوردگی بخار سیلیکون به عنوان بخش پشتیبان لایه عایق دیواره داخلی کوره تک کریستال منجر به ریزش سرباره و ترک خوردگی محصول می شود که در نهایت منجر به خرابی محصول می شود.

به منظور افزایش بیشتر مقاومت در برابر خوردگی بخار سیلیکون لوله عایق کامپوزیت C/C-sic، محققان محصولات لوله عایق کامپوزیت C/C-sic آماده شده را در کوره واکنش بخار شیمیایی قرار دادند و پوشش متراکم کاربید سیلیکون را روی آن تهیه کردند. سطح محصولات لوله عایق کامپوزیت C/C-sic با فرآیند رسوب شیمیایی بخار. نتایج نشان می دهد که، این فرآیند می تواند به طور موثری از خوردگی فیبر کربن بر روی هسته کامپوزیت C/C-sic توسط بخار سیلیکون جلوگیری کند و مقاومت خوردگی بخار سیلیکون در مقایسه با کامپوزیت کربن/کربن 5 تا 10 برابر افزایش می یابد. و عمر مفید سیلندر عایق و ایمنی محیط میدان حرارتی تا حد زیادی بهبود یافته است.

2. نتیجه گیری و چشم انداز

پوشش کاربید سیلیکونبه دلیل مقاومت عالی در برابر اکسیداسیون در دمای بالا، بیشتر و بیشتر در مواد میدان حرارتی کربن/کربن استفاده می شود. با افزایش اندازه مواد میدان حرارتی کربن/کربن مورد استفاده در تولید سیلیکون تک کریستالی، چگونگی بهبود یکنواختی پوشش کاربید سیلیکون بر روی سطح مواد میدان حرارتی و بهبود عمر مفید مواد میدان حرارتی کربن/کربن به یک مشکل فوری تبدیل شده است. حل شود.

از سوی دیگر، با توسعه صنعت سیلیکون تک کریستالی، تقاضا برای مواد میدان حرارتی کربن/کربن با خلوص بالا نیز در حال افزایش است و نانوالیاف SiC نیز بر روی الیاف کربن داخلی در طول واکنش رشد می‌کنند. نرخ فرسایش جرمی و فرسایش خطی کامپوزیت‌های C/C-ZRC و C/C-sic ZrC تهیه‌شده توسط آزمایش‌ها به ترتیب 0.32- میلی‌گرم در ثانیه و 2.57 میکرومتر بر ثانیه است. نرخ فرسایش جرمی و خطی کامپوزیت های C/C-sic-ZrC به ترتیب -0.24-mg/s و 1.66 میکرومتر بر ثانیه است. کامپوزیت‌های C/C-ZRC با نانوالیاف SiC دارای خواص سایشی بهتری هستند. بعداً، تأثیر منابع مختلف کربن بر رشد نانوالیاف SiC و مکانیسم نانوالیاف SiC که خواص فرسایشی کامپوزیت‌های C/C-ZRC را تقویت می‌کنند، بررسی خواهد شد.

یک بوته کامپوزیت کربن/کربن پوشش کامپوزیت با فرآیند نفوذ شیمیایی بخار و واکنش درجا تهیه شد. پوشش کامپوزیت از پوشش کاربید سیلیکون (100~300μm)، پوشش سیلیکون (10~20μm) و پوشش نیترید سیلیکون (50~100μm) تشکیل شده بود که می تواند به طور موثری از خوردگی بخار سیلیکون در سطح داخلی کامپوزیت کربن / کربن جلوگیری کند. بوته در فرآیند تولید، اتلاف بوته کامپوزیت کربن/کربن پوشش داده شده کامپوزیت 0.04 میلی متر در هر کوره است و عمر مفید آن می تواند به 180 بار کوره برسد.